Rupture par fatigue des roulements : comment les contraintes de contact de roulement entraînent des fissures et un écaillage

La rupture par fatigue demeure la principale cause de dommages prématurés aux roulements, responsable de plus de 60 % des défaillances dans les applications industrielles. Les roulements à billes, composés d'une bague intérieure, d'une bague extérieure et d'éléments roulants (balles ou rouleaux), et une cage — fonctionnent sous charge cyclique, avec des éléments roulants transmettant en continu des forces entre les anneaux.

En raison de la faible surface de contact entre les éléments roulants et les chemins de roulement, il en résultecontrainte de contact hertzienneest extrêmement élevée, notamment en conditions de vitesse élevée ou de forte charge. Cet environnement de contrainte concentrée entraînefatigue liée au stress, se manifestant par des piqûres de surface, des fissures et, finalement, un écaillage.

Qu’est-ce que la fatigue liée au stress ?

La fatigue liée au stress désignedommages structurels localiséscausée par des charges cycliques répétées inférieures à la résistance à la traction ultime du matériau. Tandis que la majeure partie dupalierLa matière reste déformée élastiquement, mais des zones microscopiques subissent une déformation plastique au fil du temps, ce qui finit par provoquer une rupture. Le processus se déroule généralement en trois étapes progressives :

1. Amorçage des microfissures

• Se produit à des niveaux de subsurface (0,1 à 0,3 mm sous la surface du canal).

• Causée par des concentrations de contraintes cycliques au niveau d'imperfections microstructurales.

2. Propagation des fissures

• Les fissures se propagent progressivement le long des trajectoires de contrainte de cisaillement maximale.

• Influencé par les défauts des matériaux et les cycles de charge opérationnels.

3. Fracture finale

• Les dommages superficiels deviennent visibles sous forme deécaillage or piqûres.

• Lorsque les fissures atteignent une taille critique, la matière se détache de la surface.

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Considérations relatives à la fatigue pour les véhicules électriques lourds

In véhicules utilitaires lourds (VUL)etvéhicules lourds(Poids lourds)— et notamment pour les variantes électriques — la résistance à la fatigue est encore plus cruciale en raison de :

• Plage de régime moteur plus étendueLes moteurs électriques fonctionnent sur des plages de vitesses plus larges que les moteurs à combustion, ce qui augmente les fréquences de charge cyclique.

• Couple de sortie plus élevéUne transmission de couple plus importante nécessite des roulements à résistance à la fatigue accrue.

• Impact du poids de la batterieLa masse supplémentaire des batteries de traction accroît la contrainte sur les composants de la transmission, en particulierroulements de roue et de moteur.

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Principaux facteurs contribuant à la fatigue liée au stress

√ Charges alternées

Les roulements des systèmes dynamiques sont constamment exposés à des variationscharges radiales, axiales et de flexion. Lorsque les éléments roulants tournent, la contrainte de contact se déplace cycliquement, créant de fortes concentrations de contraintes au fil du temps.

√Défauts matériels

Les inclusions, les microfissures et les vides présents dans le matériau du palier peuvent agir commeconcentrateurs de stress, accélérant l'apparition de la fatigue.

√Lubrification insuffisante

Une lubrification insuffisante ou dégradée augmentefriction et chaleur, réduisant la résistance à la fatigue et accélérant l'usure.

√Installation incorrecte

Un mauvais alignement, un ajustement incorrect ou un serrage excessif lors de l'installation peuvent engendrer des contraintes inattendues, compromettant ainsi les performances des roulements.

Comprendre et atténuer la fatigue sous contrainte est essentiel pour garantir une longue durée de vie dans les applications exigeantes, notamment pour les véhicules électriques lourds. Si les progrès réalisés dans le domaine des matériaux et des technologies de simulation ont amélioré la résistance à la fatigue, un traitement approprié reste indispensable.sélection, installation et entretien des roulementsrestent essentiels à la performance et à la fiabilité.

Collaborer avec fabricants de roulements expérimentéspeut fournirdes solutions optimisées sur mesureà votre application spécifique. Si votre projet exige des performances élevées et une résistance à la fatigueroulements, notre équipe est là pour vous aider avecassistance technique et recommandations de produits.

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